专利名称：轴承结合部特性实验台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种轴承结合部特性研究的实验装置，具体是针对数控机床主轴轴承结合部特性研究的实验台，属于机械制造领域。
背景技术：
我国数控机床开发中已经逐步采用CAD/CAE/CAM的设计理念，在设计阶段力图准确反映机床产品的加工精度等性能。目前国内机床制造企业开始采用CAE技术对所设计开发的机床产品开展动、静、热态性能分析，但大多数情况下机床分析结果与机床实际性能相差较大，分析结果尚不能作为可信的设计依据，只能采用“设计一研制一试验一修改”的开发过程，致使产品研制周期长、成本高。其主要原因是机床结构复杂，存在着各种各样的结合面，结合面对机床动态特性的影响非常明显，而结合面特性的影响因素和影响规律非常复杂，很大程度上决定着分析结果的可信度，结合面特性研究成为制约数控机床设计的瓶颈问题之一。提高机床产品的设计质量，提高机床产品的动、静、热态性能，缩短机床产品研制开发的周期，迫切需要研究和建立一套支持机床产品设计的性能分析方法和平台。在机床性能设计所涉及的理论分析与实验研究中，将不可避免地涉及到复杂结构结合面接触动力学建模的问题。对于机床的结合面接触特性参数的建模方法和预测技术进行研究，有助于建立起更加符合实际的机床结构的理论分析模型。从而使在图纸设计阶段，就能通过一定的分析计算，预测机床特性，以便能及时发现结构的薄弱环节，进行结构修改。这对于提高机床产品的设计质量，缩短机床产品结构定型周期具有重要的意义。除了刨床、拉床等主运动为直线运动的机床外，大多数机床都有主轴部件，主轴部件是机床特别是精密机床的重要功能部件，其运动精度和结构刚度是决定机床加工质量和切削效率的重要因素。主轴系统中的轴承组件对主轴系统的旋转精度、刚度和速度适应性有重要影响，轴承结合部是主轴组件的核心，其特性的研究对于在设计阶段提高主轴系统仿真分析的可靠性有重要意义，也是提高机床的开发效率和设计质量的一个重要环节。轴承结合部包括轴承、轴承外圈与轴承座孔的结合面、轴承内圈和轴的结合面三部分。轴承广泛应用于机床组件中，轴承结合部特性对机械结构的动力特性有重要的影响， 随着机床加工精度的不断提高，这种影响更为显著。由于轴承刚度的非线性特点和轴承组件装配关系复杂的特点，通过理论计算难以获得可靠的动静态参数；通过实验获取的数据有限。
发明内容本实用新型提供的一种轴承结合部特性研究的实验台，可以对轴承结合部的静动特性进行研究，可以为提高机床开发效率和设计质量所需建立的结合部参数数据库提供硬件支持和参数支持。本实用新型采取的技术方案是轴承组件、轴向加载机构、径向加载机构通过螺栓连接于带有T型槽的平台上。本实用新型轴承组件结构是轴承位于轴承座中，轴与轴承转动连接，轴承内圈隔套、轴承外圈隔套分别套接在轴的外部，轴承盖与轴承座固定连接，轴承盖与轴承座间有调整垫片。本实用新型轴向加载机构的结构是，手柄一和螺帽一通过螺纹连接，螺帽一和轴向加载螺杆通过圆柱销一连接，轴向压块与轴向加载螺杆端部固定连接，轴向加载螺杆与轴向导套转动连接，轴向导套与轴向导套支撑固定连接。本实用新型径向加载机构的结构是手柄二和螺帽二通过螺纹联接，螺帽二和径向加载螺杆通过圆柱销二联接，径向压块与径向加载螺杆下端固定连接，径向加载螺杆与径向导套转动连接，径向导套与龙门固定连接，径向导套支撑套在径向导套外部并与龙门固定连接。本实用新型的优点在于(1)利用轴向加载机构、径向加载机构和测试系统可以实现对轴承结合部的静、动特性同时进行研究，将静动特性的研究整合到一个实验台上。(2)实验台对四种影响因素进行研究，根据需要可以对影响因素及影响因素包含的情况进行扩增，平台、加载机构及测试系统不需改变，增加和改变轴承组件即可实现。(3)实验台的设计充分考虑了机床常用主轴轴承组件的结合面的存在形式和载荷的的作用形式，采用了合适的轴承组件装配和加载机构使试验台上结合部和实际机床主轴轴承组件中轴承结合部工作状况相一致。(4)利用该轴承结合部实验台能够获取大量轴承结合面静动态特性参数，以建立结合面特性参数数据库。对数据库中的数据进一步拟合，可以得到范围内任意尺寸、型号以及种类的轴承的特性参数。
图1是本实用新型的的结构示意图。图2是本实用新型的双列面对面轴承组合时的轴承组件的结构示意图。图3是本实用新型轴向加载机构的结构示意图。图4是本实用新型径向加载机构的结构示意图。图5是本实用新型实施例1即轴承组件轴向加载时的结构示意图。图6是本实用新型实施例2即径向加载时的结构示意图。
具体实施方式
轴承组件1、轴向加载机构4、径向加载机构2通过螺栓连接于带有T型槽的平台 3上。本实用新型轴承组件结构是轴承105位于轴承座104中，轴102与轴承105转动连接，轴承内圈隔套106、轴承外圈隔套107分别套接在轴的外部，轴承盖101与轴承座固定连接，轴承盖101与轴承座间有调整垫片103。本实用新型轴向加载机构的结构是，手柄一 401和螺帽一 403通过螺纹连接，螺帽一和轴向加载螺杆402通过圆柱销一 404连接，轴向压块407与轴向加载螺杆端部固定连接，轴向加载螺杆与轴向导套405转动连接，轴向导套与轴向导套支撑406固定连接。本实用新型径向加载机构的结构是手柄二 201和螺帽二 203通过螺纹联接，螺帽二和径向加载螺杆207通过圆柱销二 202联接，径向压块208与径向加载螺杆207下端固定连接，径向加载螺杆与径向导套205转动连接，径向导套与龙门204固定连接，径向导套支撑206套在径向导套外部并与龙门固定连接。
以下结合附图对本实用新型的两种实施例作进一步详述。实施例1 本实施例的总体结构如图5所示，其中轴向加载机构4的结构如图3所示，轴承组件1的结构如图2所示，轴向加载机构4和轴承组件1通过螺栓固结在平台3上。手柄一 401和螺帽一 403通过螺纹联接，螺帽一 403和轴向加载螺杆402通过圆柱销一 404联接，作用于手柄一 401的扭转力通过螺帽一 403传给轴向加载螺杆402，轴向加载螺杆402 沿螺纹滚道转动并轴向移动，轴向加载螺杆402的轴向移动使其端部联接的轴向压块407 通过力传感器5轴向压紧轴承组件中轴102的端面，对轴承组件1施加轴向载荷，载荷值可通过联接在压块407和轴102端面之间的力传感器5测得；在加载力的作用下，轴承组件1 的轴承105产生轴向变形，变形量可由轴102另一端面的位移反映出来，通过激光干涉仪等测量系统可测得轴102端面的位移量，进而得出轴承结合部的轴向变形，由加载力和轴向变形量可得轴承结合部的轴向刚度。实施例2 本实施例的总体结构如图6所示，其中径向加载机构2的结构如图4所示，轴承组件1的结构如图2所示，两个径向加载机构2和轴承组件1通过螺栓固结在平台3上。龙门 204与径向导套支撑206，径向导套支撑206与径向导套205都是通过螺栓联接，手柄二 201 和螺帽二 203通过螺纹联接，螺帽二 203和径向加载螺杆207通过圆柱销二 202联接，作用于手柄二 201的扭转力通过螺帽二 203传给径向加载螺杆207，径向加载螺杆207沿螺纹滚道转动并轴向移动，径向加载螺杆207的轴向移动使其端部联接的径向压块208通过力传感器6轴向压紧轴承组件中轴102的端部轴段的上切面，两个径向加载机构在轴102的两端同时对轴承组件1施加径向载荷，载荷值可通过联接在径向压块208和轴102端面之间的力传感器6测得；在加载力的作用下，轴承组件1的轴承105产生径向变形，理论上轴本身的变形远小于轴承结合部的变形，故轴承结合部的变形量可由轴102端部轴段的下切面的位移反映出来，通过激光干涉仪等测量系统可测得轴102端部轴段下切面的位移量，进而得出轴承结合部的径向变形，由加载力和径向变形量可得轴承结合部的径向刚度。实验台充分考虑了实际研究的数控机床主轴轴承结合面的情况，从中选择了对轴承结合部影响较大的四种因素进行研究，通过更换轴承组件来实现相关因素的改变，其它未考虑的因素都采用所研究的数控机床系列中一种最常用的情况；轴承组件和加载机构都可通过螺栓联接在带有T型槽的平台上，径向加载机构还可以通过龙门底面联接的定位键在平台T型槽内滑动；轴向加载机构和径向加载机构对轴承组件进行加载，通过力传感器和位移传感器分别测出轴向和径向的加载力及轴承结合部的位移，进而求出轴承结合部的静刚度；对于轴承结合部的动力学模型，是将轴承结合部视为整体，不考虑轴承质量，即在轴和轴承座孔之间直接用若干刚度和阻尼连接；利用动态测试设备对轴承组件进行激振、 拾振、数据采集和处理以后得到轴承组件的模态参数，最后利用一定拟合方法求出轴承结合部的动态刚度和阻尼；得到不同因素下轴承结合部的静刚度、动刚度和阻尼之后，即可分析不同的影响因素对轴承结合部特性的影响规律。 四种影响因素包括轴承内径、轴承组合方式、轴承接触角和预紧力，实验台通过更换轴承组件对四种因素对轴承结合部静动特性的影响进行研究；本实验台实验时用不同内径和不同接触角的70系列角接触球轴承进行实验，轴承内径取50、70、90、100、120、150六种，接触角取15°、25°、30°三种，预紧力分轻、中、重三种，轴承组合方式有单列、双列面对面、双列背靠背、三列面对面、三列背靠背五种情况；不同内径轴承与不同的轴和轴承座配合，与其他一些辅助件组成不同的轴承组件，不同的轴承组件共用相同的轴向加载机构和径向加载机构。
权利要求1.一种轴承结合部特性实验台，其特征在于轴承组件、轴向加载机构、径向加载机构通过螺栓连接于带有T型槽的平台上。
2.根据权利要求1所述的轴承结合部特性实验台，其特征在于轴承组件结构是轴承位于轴承座中，轴与轴承转动连接，轴承内圈隔套、轴承外圈隔套分别套接在轴的外部，轴承盖与轴承座固定连接，轴承盖与轴承座间有调整垫片。
3.根据权利要求1所述的轴承结合部特性实验台，其特征在于轴向加载机构的结构是，手柄一和螺帽一通过螺纹连接，螺帽一和轴向加载螺杆通过圆柱销一连接，轴向压块与轴向加载螺杆端部固定连接，轴向加载螺杆与轴向导套转动连接，轴向导套与轴向导套支撑固定连接。
4.根据权利要求1所述的轴承结合部特性实验台，其特征在于径向加载机构的结构是手柄二和螺帽二通过螺纹联接，螺帽二和径向加载螺杆通过圆柱销二联接，径向压块与径向加载螺杆下端固定连接，径向加载螺杆与径向导套转动连接，径向导套与龙门固定连接，径向导套支撑套在径向导套外部并与龙门固定连接。
专利摘要本实用新型涉及一种轴承结合部特性实验台，属于机械制造领域。轴承组件、轴向加载机构和径向加载机构可以通过螺栓联接在平台上，其中径向加载机构还可以通过龙门底面联接的定位键在平台T型槽内滑动；轴承组件由轴承座、轴承、轴、隔套、轴承盖等组成，本实验台对轴承结合部特性的研究可以为精密机床开发中的CAE仿真分析提供参数支持，提高机床的开发效率，另外本实验台对轴承结合部的研究方法可以扩展到其它包含轴承组件的非机床领域。
文档编号G01M13/04GK202033190SQ201120067760
公开日2011年11月9日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者冀世军, 张晓星, 张雷, 方兵, 曲兴田, 王昕 , 赵继, 高林林 申请人:吉林大学